地震：对地球深处了解的一盏明灯

　　本报记者常丽君

　　地震是人类的灾难。但同时，地震又是一盏明灯，照亮了地球内部，为我们了解地球，提供了迄今最为重要的一条途径———

　　汶川大地震的发生让我们思考很多问题：为什么地震预报这么难？对于人类自身居住的这个星球，我们究竟了解了多少？现有的知识和科技手段，能在哪些方面指导我们的生产和生活？带着问题，记者分别采访了中科院地质与地球物理研究所的滕吉文院士和中科院研究生院地球科学学院的魏东平教授。

　　滕吉文说，随着当代社会需求和科学技术的迅猛发展，地球物理学已处在一个新的起点上，面临着比以往任何时候都更富于挑战性的局面，同时也展现出前所未有的发现和突破的机会。早在远古时期，人类就试图探索地球形成和内部结构的奥秘。如今，更有必要去探索地球内部物质与能量交换和其深层物理—力学过程和动力学响应，用来为人类服务。

　　上天不易入地更难，难在方法和手段

　　地震预测是一个全球性的科学难题。其难有三，地壳深部的不可入性是三难之一。

　　“上天不易入地更难”，人类已经观测到万亿光年远的宇宙深处，在航空航天研究方面也取得显著成就，但与之对应的“入地”却相对滞后。“入地”研究难就难在方法和手段。

　　滕吉文介绍说，深井钻探是直接检取深部介质结构和灾害背景的唯一手段，但在开钻前又必须进行详细的深部地球物理探测。自20世纪70年代以来，世界上约有14个国家提出了大陆科学钻探计划。由于坚硬的地壳岩石阻隔，目前世界上最深的钻井位于北极附近的科拉半岛，已钻到12.26公里。我国在东海地区打过一个5公里左右的井，在塔里木盆地为了钻探石油打过一个8.04公里的井。而一般情况下的浅源地震，震源深度基本都大于10公里。

　　地震的孕育、发生和发展是由于震源深处介质受力作用下的破裂反应，一开始是很小的破裂，叫做“微破裂”，待应力不断积累，破裂不断发展，在深部形成一条“破裂链”时，能量就会向周边辐射，冲击地表形成地震。

　　由于人类无法预先知道震源的准确位置，即使使用目前已经掌握的钻孔技术，在那些事先判断最有可能发生地震的地区，或者地震活动带上，钻一口10公里左右深度的钻井，在井中放上高灵敏度、抗干扰的仪器探头来进行观察，如果这个井不在震源附近，震源处发生的“微破裂”迹象，也很难被直接捕捉到。

　　滕吉文说，目前，我们了解地球深部主要借助地震波、电磁波场、重力场和地磁场，但各种观测都是间接的。迄今为止，人类对地球内部有较精确认识的，仅限于地面以下30—40公里处的地表，而地球半径达6370公里。所以为了深化认识地球本体及其深部动力过程，我们还有很长的路要走。

　　以地震研究为例，包括人工源地震和天然源地震，主要是帮助我们了解地球内部的速度结构性质。人工源地震一般不深，在100公里之内，但精度较高，天然地震可以到达地核的深度，但精度不高。利用地面相对重力值，通过模型反演，就可以求得地球内部的密度结构、构造运动等。现在国际上利用重力梯度仪，可以在空中进行观测，我国当前还没有这样的仪器，但已在研究。

　　观测台网的数量、记录的技术水平以及动态范围，标志着一个国家地球物理学发展水平。目前，全球数字地震台网布局已初步完善与实施。定位系统(GPS)、人卫激光测量(SLR)、甚长基线干涉仪测量(VLBI)、精密重力测量和干涉合成孔径雷达(INSAR)观测网已初见成效。近20年来，宇航观测、大气层中的航空测量、地表观测以及深入地下数十公里的观测系统，采集了大量的高精度信息。

　　地球物理学是认识地球的重要途径

　　地震，特别是巨大地震，对人类是一场灾难，会使无数家庭家破人亡。但同时，“地震又是一盏明灯，照亮了地球内部，为我们了解地球，提供了迄今最为重要的一条途径。”魏东平引用了俄罗斯已故地震学家伽里金关于地震的一段说法。

　　据魏东平介绍，地球物理学是地球科学研究领域的一个分支，主要包括空间物理学与固体地球物理学两方面内容。其中固体地球物理学的研究包括地震学、地磁学、地电学、地热学等多个分支。从宽泛意义上讲，地震学、地磁学和重力学就像是支撑固体地球物理学的三脚架，是我们认识地球本体、地球内部结构及其动力过程等极为重要的途径。

　　地震学主要研究震源机理和地球内部介质的分布与运动规律。自1906年旧金山大地震之后，地震学家关于地震震源的认识一直在不断深化，从最初的“弹性回跳学说”，发展到现在的二维及三维断层模式等；而关于地球内部介质及其动力过程，包括地球内部介质的分层、衰减、不均匀性、各向异性等方面的研究，通过对于地震波相关震相的研究，科学家们的认识也同步深化。同时，利用地震学的方法，科学家们可以寻找埋藏于地球浅层的资源与矿藏，在城市寻找地下管线，对重要建筑工程等进行安全评估等。此外，地震学还是各国进行核爆监测的最重要手段。

　　地磁学主要研究地磁场的时空分布及变化规律、地磁场起源等。地磁场的主要部分来自于地球内部，构成了地球磁场的基本部分。地球表面的某些区域存在比较对称的地磁条带现象，是海底扩张与板块构造学说的重要依据。地球磁场的起源问题需要科学家们在整个21世纪予以特别关注。

　　重力学在基础研究领域和军事研究方面都非常重要。地球内部不同深度的结构分布，会在重力波长上反应出来，金属矿藏、地下水、石油等物质分布会造成地表浅层的重力异常。因此，重力勘探也是我们寻找各种资源与矿藏的重要手段。在军事方面，例如巡航导弹制导中的高精定位技术，必须利用到地球表面重力场的精细空间分布信息等等。

　　“我现在所在的学院叫做地球科学学院，涉及的相关一级学科，除了地球物理，还有地质学、大气科学、海洋科学、地质资源与地质工程、测绘科学与技术及土木工程六个方面，而我们学校的资源与环境学院，涉及的一级学科包括地理学、环境科学与工程等等。所有这些不同的学科组合，构成了我们一般意义上所称的地球科学。”魏东平说。